Projeto de Controle Elétrico: Geração de Sinal Analógico com Ajustável por AMPOP e Interface com Arduino

CONTEÚDO PROGRAMÁTICO ENVOLVIDO MICROCONTROLADORES ELTRÔNICA ANALÓGICA DESCRITIVO DAS ATIVIDADES DESENVOLVIDAS 1 Elaborar um relatório manuscrito que traga a descrição detalhado de um projeto seu com os devidos cálculos esquema elétrico e programação necessária de um sistema que através de um circuito elaborado por você faça uso de um Amplificador Operacional com ganho ajustável e gere um sinal analógico proporcional 05Vdc a variação do componente utilizado na entrada deste AmpOp que poderá ser um Potenciômetro NTC PTC ou LDR O sinal produzido nessa etapa será enviado a uma entrada analógica do Arduino que através de um programa devidamente documentado que você irá elaborar interprete esse valor dentro de um range e acione uma saída digital na qual estará uma interface com transistor e relé projetada por você para acionar uma carga AC Lâmpada ou Motor ligada ao seu circuito de interface O trabalho deve contemplar Capa Ser manuscrito em folha de papel almaço com coerência estética e organização Programa comentado Conter todos os cálculos Lista de material com códigos e valores dos componentes utilizados Diagrama elétrico com a devida identificação dos terminais utilizados nas interligações PROJETO ACIONAMENTO DE CARGA AC POR ENTRADA ANALÓGICA DC INTERFACEADA POR ARDUINO Nome 1 Objetivo Projetar um circuito segmentado nas seguintes etapas a Gerador de sinal analógico com ganho ajustável baseado em AMPOP b Geração de sinal digital a partir de entrada analógica via Arduino c Acionamento via relé e transistor de carga AC a partir de sinal digital 2 Desenvolvimento do projeto a Gerador de sinal analógico com ganho ajustável baseado em AMPOP Implementase um circuito baseado em AMPOP para gerar um sinal analógico entre 0 e 5 V de saída ajustável a partir de um resistor variável O circuito é composto por 2 estágios sendo ambos em configuração inversora São utilizados amplificadores operacionais 741 cuja tensão de alimentação é simétrica em 20 V No primeiro estágio o ganho depende do valor do resistor variável sendo dado por A1R2 R1 Assim para os valores máximo e mínimo do resistor variável temos A1max10 k 2k 5 A 1m 0 2k 0 O segundo estágio tem A2R2 R1 330 330 1 Logo a saída total tem excursão de 0 a 5 V por ser o ganho total dado pelo produto dos ganhos individuais b Geração de sinal digital a partir de entrada analógica via Arduino O sinal analógico é agora injetado em um Arduino para se obter saídas digitais quantizadas Isto é obtido pela função de conversão AD do Arduino como apresentado a seguir no esquemático do microcontrolador Para uso do conversor AD conectase o pino de 5V à alimentação e o pino de aterramento à referência de tensão terra O pino A0 é conectado à saída do circuito de geração de sinal analógico obtido pelos amplificadores operacionais descrito na etapa anterior O microcontrolador Arduino possui um conversor analógicodigital ou ADC que lê o valor de tensão no puno A0 e o converte em um número entre 0 e 1023 Quando o eixo é girado totalmente em uma direção há 0 volts indo para o pino e o valor de entrada é 0 Quando o eixo é girado totalmente na direção oposta há 5 volts indo para o pino e o valor de entrada é 1023 Nesse meio tempo a função analogRead retorna um número entre 0 e 1023 que é proporcional à quantidade de tensão aplicada ao pino No código abaixo inicialmente se define a taxa de comunicação serial em 9600 bps por meio da instrução Serialbegin9600 A seguir é preciso definir uma variável para armazenar o valor de tensão entre 0 e 1023 valor que é inteiro por meio da instrução int sensorValue analogReadA0 Para alterar os valores de 0 a 1023 para uma faixa que corresponda ao nível de tensão real é preciso armazenar tal valor em uma variável em ponto flutuante conforme a transformação float voltage sensorValue 50 10230 Tal valor pode ser lido e apresentado com o uso da instrução Serialprintlnvoltage Assim ao se iniciar o monitor serial obtémse o valor transformado devidamente quantizado O código completo é apresentado a seguir LeTensaoAnalogica Lê uma tensão analógica no pino A0 converte a mesma para tensão quantizada e exibe o valor no Monitor Serial Devese conectar o pino de tensão analógica em A0 bem como as tensões 5V e 0 V aos pinos V e GND void setup inicializa a comunicação serial a 9600 bps Serialbegin9600 Inicia o laço para leitura contínua do valor analógico void loop lê a entrada no pino A0 int sensorValue analogReadA0 Converte a leitura analógica de 0 a 1023 para uma tensão quantizada entre 0 e 5 V float voltage sensorValue 50 10230 exibe o valor lido Serialprintlnvoltage c Acionamento via relé e transistor de carga AC a partir de sinal digital Agora é preciso transformar o sinal quantizado em saída digital no próprio Arduino o que é realizado pelo código a seguir equivalente ao código anterior expandido No caso é definido um pino como saída digital que recebe o valor analógico transformado na etapa anterior const int entradaAnalogica A0 Pino A0 como entrada analógica const int saidaDigital 4 Pino 4 como saída digital void setup inicializa a comunicação serial a 9600 bps Serialbegin9600 define os pinos de entrada analógica e saída digital pinModeentradaAnalogica INPUT pinModesaidaDigital OUTPUT Inicia o laço para leitura contínua do valor analógico void loop lê a entrada no pino A0 int sensorValue analogReadentradaAnalogica Converte a leitura analógica de 0 a 1023 para uma tensão quantizada entre 0 e 5 V float valorDigital sensorValue 50 10230 escreve o valor digital na porta de saída digitalWritesaidaDigital valorDigital Atraso de 100 ms delay100 Assim o pino 13 tem agora o valor digital correspondente ao sinal analógico de entrada que deve controlar o acionamento de uma carga AC aqui utilizase uma lâmpada conforme o circuito a seguir O circuito de ligação com o Arduino em Protoboard é apresentado a seguir Desse modo é possível o controle de ligar e desligar a lâmpada a partir da comutação do relé pelo microcontrolador Lista de componentes Resistores 2 kΩ 1 10 kΩ 1 10 kΩ variável 1 330 Ω 2 Amplificadores operacionais LM 741 2 Diodos 1N4001 1 Transistores BC546BP 1 Relés EDR201A05 1 Lâmpadas 127V 60 W 1